283913d42d7b3b57a3db84ef7916ca03cabd4ae6
[linux-block.git] / include / linux / mmzone.h
1 /* SPDX-License-Identifier: GPL-2.0 */
2 #ifndef _LINUX_MMZONE_H
3 #define _LINUX_MMZONE_H
4
5 #ifndef __ASSEMBLY__
6 #ifndef __GENERATING_BOUNDS_H
7
8 #include <linux/spinlock.h>
9 #include <linux/list.h>
10 #include <linux/list_nulls.h>
11 #include <linux/wait.h>
12 #include <linux/bitops.h>
13 #include <linux/cache.h>
14 #include <linux/threads.h>
15 #include <linux/numa.h>
16 #include <linux/init.h>
17 #include <linux/seqlock.h>
18 #include <linux/nodemask.h>
19 #include <linux/pageblock-flags.h>
20 #include <linux/page-flags-layout.h>
21 #include <linux/atomic.h>
22 #include <linux/mm_types.h>
23 #include <linux/page-flags.h>
24 #include <linux/local_lock.h>
25 #include <linux/zswap.h>
26 #include <asm/page.h>
27
28 /* Free memory management - zoned buddy allocator.  */
29 #ifndef CONFIG_ARCH_FORCE_MAX_ORDER
30 #define MAX_PAGE_ORDER 10
31 #else
32 #define MAX_PAGE_ORDER CONFIG_ARCH_FORCE_MAX_ORDER
33 #endif
34 #define MAX_ORDER_NR_PAGES (1 << MAX_PAGE_ORDER)
35
36 #define IS_MAX_ORDER_ALIGNED(pfn) IS_ALIGNED(pfn, MAX_ORDER_NR_PAGES)
37
38 #define NR_PAGE_ORDERS (MAX_PAGE_ORDER + 1)
39
40 /* Defines the order for the number of pages that have a migrate type. */
41 #ifndef CONFIG_PAGE_BLOCK_ORDER
42 #define PAGE_BLOCK_ORDER MAX_PAGE_ORDER
43 #else
44 #define PAGE_BLOCK_ORDER CONFIG_PAGE_BLOCK_ORDER
45 #endif /* CONFIG_PAGE_BLOCK_ORDER */
46
47 /*
48  * The MAX_PAGE_ORDER, which defines the max order of pages to be allocated
49  * by the buddy allocator, has to be larger or equal to the PAGE_BLOCK_ORDER,
50  * which defines the order for the number of pages that can have a migrate type
51  */
52 #if (PAGE_BLOCK_ORDER > MAX_PAGE_ORDER)
53 #error MAX_PAGE_ORDER must be >= PAGE_BLOCK_ORDER
54 #endif
55
56 /*
57  * PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER is the order at which allocations are deemed
58  * costly to service.  That is between allocation orders which should
59  * coalesce naturally under reasonable reclaim pressure and those which
60  * will not.
61  */
62 #define PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER 3
63
64 enum migratetype {
65         MIGRATE_UNMOVABLE,
66         MIGRATE_MOVABLE,
67         MIGRATE_RECLAIMABLE,
68         MIGRATE_PCPTYPES,       /* the number of types on the pcp lists */
69         MIGRATE_HIGHATOMIC = MIGRATE_PCPTYPES,
70 #ifdef CONFIG_CMA
71         /*
72          * MIGRATE_CMA migration type is designed to mimic the way
73          * ZONE_MOVABLE works.  Only movable pages can be allocated
74          * from MIGRATE_CMA pageblocks and page allocator never
75          * implicitly change migration type of MIGRATE_CMA pageblock.
76          *
77          * The way to use it is to change migratetype of a range of
78          * pageblocks to MIGRATE_CMA which can be done by
79          * __free_pageblock_cma() function.
80          */
81         MIGRATE_CMA,
82 #endif
83 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
84         MIGRATE_ISOLATE,        /* can't allocate from here */
85 #endif
86         MIGRATE_TYPES
87 };
88
89 /* In mm/page_alloc.c; keep in sync also with show_migration_types() there */
90 extern const char * const migratetype_names[MIGRATE_TYPES];
91
92 #ifdef CONFIG_CMA
93 #  define is_migrate_cma(migratetype) unlikely((migratetype) == MIGRATE_CMA)
94 #  define is_migrate_cma_page(_page) (get_pageblock_migratetype(_page) == MIGRATE_CMA)
95 #  define is_migrate_cma_folio(folio, pfn)      (MIGRATE_CMA ==         \
96         get_pfnblock_flags_mask(&folio->page, pfn, MIGRATETYPE_MASK))
97 #else
98 #  define is_migrate_cma(migratetype) false
99 #  define is_migrate_cma_page(_page) false
100 #  define is_migrate_cma_folio(folio, pfn) false
101 #endif
102
103 static inline bool is_migrate_movable(int mt)
104 {
105         return is_migrate_cma(mt) || mt == MIGRATE_MOVABLE;
106 }
107
108 /*
109  * Check whether a migratetype can be merged with another migratetype.
110  *
111  * It is only mergeable when it can fall back to other migratetypes for
112  * allocation. See fallbacks[MIGRATE_TYPES][3] in page_alloc.c.
113  */
114 static inline bool migratetype_is_mergeable(int mt)
115 {
116         return mt < MIGRATE_PCPTYPES;
117 }
118
119 #define for_each_migratetype_order(order, type) \
120         for (order = 0; order < NR_PAGE_ORDERS; order++) \
121                 for (type = 0; type < MIGRATE_TYPES; type++)
122
123 extern int page_group_by_mobility_disabled;
124
125 #define MIGRATETYPE_MASK ((1UL << PB_migratetype_bits) - 1)
126
127 #define get_pageblock_migratetype(page)                                 \
128         get_pfnblock_flags_mask(page, page_to_pfn(page), MIGRATETYPE_MASK)
129
130 #define folio_migratetype(folio)                                \
131         get_pfnblock_flags_mask(&folio->page, folio_pfn(folio),         \
132                         MIGRATETYPE_MASK)
133 struct free_area {
134         struct list_head        free_list[MIGRATE_TYPES];
135         unsigned long           nr_free;
136 };
137
138 struct pglist_data;
139
140 #ifdef CONFIG_NUMA
141 enum numa_stat_item {
142         NUMA_HIT,               /* allocated in intended node */
143         NUMA_MISS,              /* allocated in non intended node */
144         NUMA_FOREIGN,           /* was intended here, hit elsewhere */
145         NUMA_INTERLEAVE_HIT,    /* interleaver preferred this zone */
146         NUMA_LOCAL,             /* allocation from local node */
147         NUMA_OTHER,             /* allocation from other node */
148         NR_VM_NUMA_EVENT_ITEMS
149 };
150 #else
151 #define NR_VM_NUMA_EVENT_ITEMS 0
152 #endif
153
154 enum zone_stat_item {
155         /* First 128 byte cacheline (assuming 64 bit words) */
156         NR_FREE_PAGES,
157         NR_FREE_PAGES_BLOCKS,
158         NR_ZONE_LRU_BASE, /* Used only for compaction and reclaim retry */
159         NR_ZONE_INACTIVE_ANON = NR_ZONE_LRU_BASE,
160         NR_ZONE_ACTIVE_ANON,
161         NR_ZONE_INACTIVE_FILE,
162         NR_ZONE_ACTIVE_FILE,
163         NR_ZONE_UNEVICTABLE,
164         NR_ZONE_WRITE_PENDING,  /* Count of dirty, writeback and unstable pages */
165         NR_MLOCK,               /* mlock()ed pages found and moved off LRU */
166         /* Second 128 byte cacheline */
167 #if IS_ENABLED(CONFIG_ZSMALLOC)
168         NR_ZSPAGES,             /* allocated in zsmalloc */
169 #endif
170         NR_FREE_CMA_PAGES,
171 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
172         NR_UNACCEPTED,
173 #endif
174         NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS };
175
176 enum node_stat_item {
177         NR_LRU_BASE,
178         NR_INACTIVE_ANON = NR_LRU_BASE, /* must match order of LRU_[IN]ACTIVE */
179         NR_ACTIVE_ANON,         /*  "     "     "   "       "         */
180         NR_INACTIVE_FILE,       /*  "     "     "   "       "         */
181         NR_ACTIVE_FILE,         /*  "     "     "   "       "         */
182         NR_UNEVICTABLE,         /*  "     "     "   "       "         */
183         NR_SLAB_RECLAIMABLE_B,
184         NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B,
185         NR_ISOLATED_ANON,       /* Temporary isolated pages from anon lru */
186         NR_ISOLATED_FILE,       /* Temporary isolated pages from file lru */
187         WORKINGSET_NODES,
188         WORKINGSET_REFAULT_BASE,
189         WORKINGSET_REFAULT_ANON = WORKINGSET_REFAULT_BASE,
190         WORKINGSET_REFAULT_FILE,
191         WORKINGSET_ACTIVATE_BASE,
192         WORKINGSET_ACTIVATE_ANON = WORKINGSET_ACTIVATE_BASE,
193         WORKINGSET_ACTIVATE_FILE,
194         WORKINGSET_RESTORE_BASE,
195         WORKINGSET_RESTORE_ANON = WORKINGSET_RESTORE_BASE,
196         WORKINGSET_RESTORE_FILE,
197         WORKINGSET_NODERECLAIM,
198         NR_ANON_MAPPED, /* Mapped anonymous pages */
199         NR_FILE_MAPPED, /* pagecache pages mapped into pagetables.
200                            only modified from process context */
201         NR_FILE_PAGES,
202         NR_FILE_DIRTY,
203         NR_WRITEBACK,
204         NR_WRITEBACK_TEMP,      /* Writeback using temporary buffers */
205         NR_SHMEM,               /* shmem pages (included tmpfs/GEM pages) */
206         NR_SHMEM_THPS,
207         NR_SHMEM_PMDMAPPED,
208         NR_FILE_THPS,
209         NR_FILE_PMDMAPPED,
210         NR_ANON_THPS,
211         NR_VMSCAN_WRITE,
212         NR_VMSCAN_IMMEDIATE,    /* Prioritise for reclaim when writeback ends */
213         NR_DIRTIED,             /* page dirtyings since bootup */
214         NR_WRITTEN,             /* page writings since bootup */
215         NR_THROTTLED_WRITTEN,   /* NR_WRITTEN while reclaim throttled */
216         NR_KERNEL_MISC_RECLAIMABLE,     /* reclaimable non-slab kernel pages */
217         NR_FOLL_PIN_ACQUIRED,   /* via: pin_user_page(), gup flag: FOLL_PIN */
218         NR_FOLL_PIN_RELEASED,   /* pages returned via unpin_user_page() */
219         NR_KERNEL_STACK_KB,     /* measured in KiB */
220 #if IS_ENABLED(CONFIG_SHADOW_CALL_STACK)
221         NR_KERNEL_SCS_KB,       /* measured in KiB */
222 #endif
223         NR_PAGETABLE,           /* used for pagetables */
224         NR_SECONDARY_PAGETABLE, /* secondary pagetables, KVM & IOMMU */
225 #ifdef CONFIG_IOMMU_SUPPORT
226         NR_IOMMU_PAGES,         /* # of pages allocated by IOMMU */
227 #endif
228 #ifdef CONFIG_SWAP
229         NR_SWAPCACHE,
230 #endif
231 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
232         PGPROMOTE_SUCCESS,      /* promote successfully */
233         PGPROMOTE_CANDIDATE,    /* candidate pages to promote */
234 #endif
235         /* PGDEMOTE_*: pages demoted */
236         PGDEMOTE_KSWAPD,
237         PGDEMOTE_DIRECT,
238         PGDEMOTE_KHUGEPAGED,
239         PGDEMOTE_PROACTIVE,
240 #ifdef CONFIG_HUGETLB_PAGE
241         NR_HUGETLB,
242 #endif
243         NR_BALLOON_PAGES,
244         NR_VM_NODE_STAT_ITEMS
245 };
246
247 /*
248  * Returns true if the item should be printed in THPs (/proc/vmstat
249  * currently prints number of anon, file and shmem THPs. But the item
250  * is charged in pages).
251  */
252 static __always_inline bool vmstat_item_print_in_thp(enum node_stat_item item)
253 {
254         if (!IS_ENABLED(CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE))
255                 return false;
256
257         return item == NR_ANON_THPS ||
258                item == NR_FILE_THPS ||
259                item == NR_SHMEM_THPS ||
260                item == NR_SHMEM_PMDMAPPED ||
261                item == NR_FILE_PMDMAPPED;
262 }
263
264 /*
265  * Returns true if the value is measured in bytes (most vmstat values are
266  * measured in pages). This defines the API part, the internal representation
267  * might be different.
268  */
269 static __always_inline bool vmstat_item_in_bytes(int idx)
270 {
271         /*
272          * Global and per-node slab counters track slab pages.
273          * It's expected that changes are multiples of PAGE_SIZE.
274          * Internally values are stored in pages.
275          *
276          * Per-memcg and per-lruvec counters track memory, consumed
277          * by individual slab objects. These counters are actually
278          * byte-precise.
279          */
280         return (idx == NR_SLAB_RECLAIMABLE_B ||
281                 idx == NR_SLAB_UNRECLAIMABLE_B);
282 }
283
284 /*
285  * We do arithmetic on the LRU lists in various places in the code,
286  * so it is important to keep the active lists LRU_ACTIVE higher in
287  * the array than the corresponding inactive lists, and to keep
288  * the *_FILE lists LRU_FILE higher than the corresponding _ANON lists.
289  *
290  * This has to be kept in sync with the statistics in zone_stat_item
291  * above and the descriptions in vmstat_text in mm/vmstat.c
292  */
293 #define LRU_BASE 0
294 #define LRU_ACTIVE 1
295 #define LRU_FILE 2
296
297 enum lru_list {
298         LRU_INACTIVE_ANON = LRU_BASE,
299         LRU_ACTIVE_ANON = LRU_BASE + LRU_ACTIVE,
300         LRU_INACTIVE_FILE = LRU_BASE + LRU_FILE,
301         LRU_ACTIVE_FILE = LRU_BASE + LRU_FILE + LRU_ACTIVE,
302         LRU_UNEVICTABLE,
303         NR_LRU_LISTS
304 };
305
306 enum vmscan_throttle_state {
307         VMSCAN_THROTTLE_WRITEBACK,
308         VMSCAN_THROTTLE_ISOLATED,
309         VMSCAN_THROTTLE_NOPROGRESS,
310         VMSCAN_THROTTLE_CONGESTED,
311         NR_VMSCAN_THROTTLE,
312 };
313
314 #define for_each_lru(lru) for (lru = 0; lru < NR_LRU_LISTS; lru++)
315
316 #define for_each_evictable_lru(lru) for (lru = 0; lru <= LRU_ACTIVE_FILE; lru++)
317
318 static inline bool is_file_lru(enum lru_list lru)
319 {
320         return (lru == LRU_INACTIVE_FILE || lru == LRU_ACTIVE_FILE);
321 }
322
323 static inline bool is_active_lru(enum lru_list lru)
324 {
325         return (lru == LRU_ACTIVE_ANON || lru == LRU_ACTIVE_FILE);
326 }
327
328 #define WORKINGSET_ANON 0
329 #define WORKINGSET_FILE 1
330 #define ANON_AND_FILE 2
331
332 enum lruvec_flags {
333         /*
334          * An lruvec has many dirty pages backed by a congested BDI:
335          * 1. LRUVEC_CGROUP_CONGESTED is set by cgroup-level reclaim.
336          *    It can be cleared by cgroup reclaim or kswapd.
337          * 2. LRUVEC_NODE_CONGESTED is set by kswapd node-level reclaim.
338          *    It can only be cleared by kswapd.
339          *
340          * Essentially, kswapd can unthrottle an lruvec throttled by cgroup
341          * reclaim, but not vice versa. This only applies to the root cgroup.
342          * The goal is to prevent cgroup reclaim on the root cgroup (e.g.
343          * memory.reclaim) to unthrottle an unbalanced node (that was throttled
344          * by kswapd).
345          */
346         LRUVEC_CGROUP_CONGESTED,
347         LRUVEC_NODE_CONGESTED,
348 };
349
350 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS_H */
351
352 /*
353  * Evictable folios are divided into multiple generations. The youngest and the
354  * oldest generation numbers, max_seq and min_seq, are monotonically increasing.
355  * They form a sliding window of a variable size [MIN_NR_GENS, MAX_NR_GENS]. An
356  * offset within MAX_NR_GENS, i.e., gen, indexes the LRU list of the
357  * corresponding generation. The gen counter in folio->flags stores gen+1 while
358  * a folio is on one of lrugen->folios[]. Otherwise it stores 0.
359  *
360  * After a folio is faulted in, the aging needs to check the accessed bit at
361  * least twice before handing this folio over to the eviction. The first check
362  * clears the accessed bit from the initial fault; the second check makes sure
363  * this folio hasn't been used since then. This process, AKA second chance,
364  * requires a minimum of two generations, hence MIN_NR_GENS. And to maintain ABI
365  * compatibility with the active/inactive LRU, e.g., /proc/vmstat, these two
366  * generations are considered active; the rest of generations, if they exist,
367  * are considered inactive. See lru_gen_is_active().
368  *
369  * PG_active is always cleared while a folio is on one of lrugen->folios[] so
370  * that the sliding window needs not to worry about it. And it's set again when
371  * a folio considered active is isolated for non-reclaiming purposes, e.g.,
372  * migration. See lru_gen_add_folio() and lru_gen_del_folio().
373  *
374  * MAX_NR_GENS is set to 4 so that the multi-gen LRU can support twice the
375  * number of categories of the active/inactive LRU when keeping track of
376  * accesses through page tables. This requires order_base_2(MAX_NR_GENS+1) bits
377  * in folio->flags, masked by LRU_GEN_MASK.
378  */
379 #define MIN_NR_GENS             2U
380 #define MAX_NR_GENS             4U
381
382 /*
383  * Each generation is divided into multiple tiers. A folio accessed N times
384  * through file descriptors is in tier order_base_2(N). A folio in the first
385  * tier (N=0,1) is marked by PG_referenced unless it was faulted in through page
386  * tables or read ahead. A folio in the last tier (MAX_NR_TIERS-1) is marked by
387  * PG_workingset. A folio in any other tier (1<N<5) between the first and last
388  * is marked by additional bits of LRU_REFS_WIDTH in folio->flags.
389  *
390  * In contrast to moving across generations which requires the LRU lock, moving
391  * across tiers only involves atomic operations on folio->flags and therefore
392  * has a negligible cost in the buffered access path. In the eviction path,
393  * comparisons of refaulted/(evicted+protected) from the first tier and the rest
394  * infer whether folios accessed multiple times through file descriptors are
395  * statistically hot and thus worth protecting.
396  *
397  * MAX_NR_TIERS is set to 4 so that the multi-gen LRU can support twice the
398  * number of categories of the active/inactive LRU when keeping track of
399  * accesses through file descriptors. This uses MAX_NR_TIERS-2 spare bits in
400  * folio->flags, masked by LRU_REFS_MASK.
401  */
402 #define MAX_NR_TIERS            4U
403
404 #ifndef __GENERATING_BOUNDS_H
405
406 #define LRU_GEN_MASK            ((BIT(LRU_GEN_WIDTH) - 1) << LRU_GEN_PGOFF)
407 #define LRU_REFS_MASK           ((BIT(LRU_REFS_WIDTH) - 1) << LRU_REFS_PGOFF)
408
409 /*
410  * For folios accessed multiple times through file descriptors,
411  * lru_gen_inc_refs() sets additional bits of LRU_REFS_WIDTH in folio->flags
412  * after PG_referenced, then PG_workingset after LRU_REFS_WIDTH. After all its
413  * bits are set, i.e., LRU_REFS_FLAGS|BIT(PG_workingset), a folio is lazily
414  * promoted into the second oldest generation in the eviction path. And when
415  * folio_inc_gen() does that, it clears LRU_REFS_FLAGS so that
416  * lru_gen_inc_refs() can start over. Note that for this case, LRU_REFS_MASK is
417  * only valid when PG_referenced is set.
418  *
419  * For folios accessed multiple times through page tables, folio_update_gen()
420  * from a page table walk or lru_gen_set_refs() from a rmap walk sets
421  * PG_referenced after the accessed bit is cleared for the first time.
422  * Thereafter, those two paths set PG_workingset and promote folios to the
423  * youngest generation. Like folio_inc_gen(), folio_update_gen() also clears
424  * PG_referenced. Note that for this case, LRU_REFS_MASK is not used.
425  *
426  * For both cases above, after PG_workingset is set on a folio, it remains until
427  * this folio is either reclaimed, or "deactivated" by lru_gen_clear_refs(). It
428  * can be set again if lru_gen_test_recent() returns true upon a refault.
429  */
430 #define LRU_REFS_FLAGS          (LRU_REFS_MASK | BIT(PG_referenced))
431
432 struct lruvec;
433 struct page_vma_mapped_walk;
434
435 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
436
437 enum {
438         LRU_GEN_ANON,
439         LRU_GEN_FILE,
440 };
441
442 enum {
443         LRU_GEN_CORE,
444         LRU_GEN_MM_WALK,
445         LRU_GEN_NONLEAF_YOUNG,
446         NR_LRU_GEN_CAPS
447 };
448
449 #define MIN_LRU_BATCH           BITS_PER_LONG
450 #define MAX_LRU_BATCH           (MIN_LRU_BATCH * 64)
451
452 /* whether to keep historical stats from evicted generations */
453 #ifdef CONFIG_LRU_GEN_STATS
454 #define NR_HIST_GENS            MAX_NR_GENS
455 #else
456 #define NR_HIST_GENS            1U
457 #endif
458
459 /*
460  * The youngest generation number is stored in max_seq for both anon and file
461  * types as they are aged on an equal footing. The oldest generation numbers are
462  * stored in min_seq[] separately for anon and file types so that they can be
463  * incremented independently. Ideally min_seq[] are kept in sync when both anon
464  * and file types are evictable. However, to adapt to situations like extreme
465  * swappiness, they are allowed to be out of sync by at most
466  * MAX_NR_GENS-MIN_NR_GENS-1.
467  *
468  * The number of pages in each generation is eventually consistent and therefore
469  * can be transiently negative when reset_batch_size() is pending.
470  */
471 struct lru_gen_folio {
472         /* the aging increments the youngest generation number */
473         unsigned long max_seq;
474         /* the eviction increments the oldest generation numbers */
475         unsigned long min_seq[ANON_AND_FILE];
476         /* the birth time of each generation in jiffies */
477         unsigned long timestamps[MAX_NR_GENS];
478         /* the multi-gen LRU lists, lazily sorted on eviction */
479         struct list_head folios[MAX_NR_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_ZONES];
480         /* the multi-gen LRU sizes, eventually consistent */
481         long nr_pages[MAX_NR_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_ZONES];
482         /* the exponential moving average of refaulted */
483         unsigned long avg_refaulted[ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
484         /* the exponential moving average of evicted+protected */
485         unsigned long avg_total[ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
486         /* can only be modified under the LRU lock */
487         unsigned long protected[NR_HIST_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
488         /* can be modified without holding the LRU lock */
489         atomic_long_t evicted[NR_HIST_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
490         atomic_long_t refaulted[NR_HIST_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_TIERS];
491         /* whether the multi-gen LRU is enabled */
492         bool enabled;
493         /* the memcg generation this lru_gen_folio belongs to */
494         u8 gen;
495         /* the list segment this lru_gen_folio belongs to */
496         u8 seg;
497         /* per-node lru_gen_folio list for global reclaim */
498         struct hlist_nulls_node list;
499 };
500
501 enum {
502         MM_LEAF_TOTAL,          /* total leaf entries */
503         MM_LEAF_YOUNG,          /* young leaf entries */
504         MM_NONLEAF_FOUND,       /* non-leaf entries found in Bloom filters */
505         MM_NONLEAF_ADDED,       /* non-leaf entries added to Bloom filters */
506         NR_MM_STATS
507 };
508
509 /* double-buffering Bloom filters */
510 #define NR_BLOOM_FILTERS        2
511
512 struct lru_gen_mm_state {
513         /* synced with max_seq after each iteration */
514         unsigned long seq;
515         /* where the current iteration continues after */
516         struct list_head *head;
517         /* where the last iteration ended before */
518         struct list_head *tail;
519         /* Bloom filters flip after each iteration */
520         unsigned long *filters[NR_BLOOM_FILTERS];
521         /* the mm stats for debugging */
522         unsigned long stats[NR_HIST_GENS][NR_MM_STATS];
523 };
524
525 struct lru_gen_mm_walk {
526         /* the lruvec under reclaim */
527         struct lruvec *lruvec;
528         /* max_seq from lru_gen_folio: can be out of date */
529         unsigned long seq;
530         /* the next address within an mm to scan */
531         unsigned long next_addr;
532         /* to batch promoted pages */
533         int nr_pages[MAX_NR_GENS][ANON_AND_FILE][MAX_NR_ZONES];
534         /* to batch the mm stats */
535         int mm_stats[NR_MM_STATS];
536         /* total batched items */
537         int batched;
538         int swappiness;
539         bool force_scan;
540 };
541
542 /*
543  * For each node, memcgs are divided into two generations: the old and the
544  * young. For each generation, memcgs are randomly sharded into multiple bins
545  * to improve scalability. For each bin, the hlist_nulls is virtually divided
546  * into three segments: the head, the tail and the default.
547  *
548  * An onlining memcg is added to the tail of a random bin in the old generation.
549  * The eviction starts at the head of a random bin in the old generation. The
550  * per-node memcg generation counter, whose reminder (mod MEMCG_NR_GENS) indexes
551  * the old generation, is incremented when all its bins become empty.
552  *
553  * There are four operations:
554  * 1. MEMCG_LRU_HEAD, which moves a memcg to the head of a random bin in its
555  *    current generation (old or young) and updates its "seg" to "head";
556  * 2. MEMCG_LRU_TAIL, which moves a memcg to the tail of a random bin in its
557  *    current generation (old or young) and updates its "seg" to "tail";
558  * 3. MEMCG_LRU_OLD, which moves a memcg to the head of a random bin in the old
559  *    generation, updates its "gen" to "old" and resets its "seg" to "default";
560  * 4. MEMCG_LRU_YOUNG, which moves a memcg to the tail of a random bin in the
561  *    young generation, updates its "gen" to "young" and resets its "seg" to
562  *    "default".
563  *
564  * The events that trigger the above operations are:
565  * 1. Exceeding the soft limit, which triggers MEMCG_LRU_HEAD;
566  * 2. The first attempt to reclaim a memcg below low, which triggers
567  *    MEMCG_LRU_TAIL;
568  * 3. The first attempt to reclaim a memcg offlined or below reclaimable size
569  *    threshold, which triggers MEMCG_LRU_TAIL;
570  * 4. The second attempt to reclaim a memcg offlined or below reclaimable size
571  *    threshold, which triggers MEMCG_LRU_YOUNG;
572  * 5. Attempting to reclaim a memcg below min, which triggers MEMCG_LRU_YOUNG;
573  * 6. Finishing the aging on the eviction path, which triggers MEMCG_LRU_YOUNG;
574  * 7. Offlining a memcg, which triggers MEMCG_LRU_OLD.
575  *
576  * Notes:
577  * 1. Memcg LRU only applies to global reclaim, and the round-robin incrementing
578  *    of their max_seq counters ensures the eventual fairness to all eligible
579  *    memcgs. For memcg reclaim, it still relies on mem_cgroup_iter().
580  * 2. There are only two valid generations: old (seq) and young (seq+1).
581  *    MEMCG_NR_GENS is set to three so that when reading the generation counter
582  *    locklessly, a stale value (seq-1) does not wraparound to young.
583  */
584 #define MEMCG_NR_GENS   3
585 #define MEMCG_NR_BINS   8
586
587 struct lru_gen_memcg {
588         /* the per-node memcg generation counter */
589         unsigned long seq;
590         /* each memcg has one lru_gen_folio per node */
591         unsigned long nr_memcgs[MEMCG_NR_GENS];
592         /* per-node lru_gen_folio list for global reclaim */
593         struct hlist_nulls_head fifo[MEMCG_NR_GENS][MEMCG_NR_BINS];
594         /* protects the above */
595         spinlock_t lock;
596 };
597
598 void lru_gen_init_pgdat(struct pglist_data *pgdat);
599 void lru_gen_init_lruvec(struct lruvec *lruvec);
600 bool lru_gen_look_around(struct page_vma_mapped_walk *pvmw);
601
602 void lru_gen_init_memcg(struct mem_cgroup *memcg);
603 void lru_gen_exit_memcg(struct mem_cgroup *memcg);
604 void lru_gen_online_memcg(struct mem_cgroup *memcg);
605 void lru_gen_offline_memcg(struct mem_cgroup *memcg);
606 void lru_gen_release_memcg(struct mem_cgroup *memcg);
607 void lru_gen_soft_reclaim(struct mem_cgroup *memcg, int nid);
608
609 #else /* !CONFIG_LRU_GEN */
610
611 static inline void lru_gen_init_pgdat(struct pglist_data *pgdat)
612 {
613 }
614
615 static inline void lru_gen_init_lruvec(struct lruvec *lruvec)
616 {
617 }
618
619 static inline bool lru_gen_look_around(struct page_vma_mapped_walk *pvmw)
620 {
621         return false;
622 }
623
624 static inline void lru_gen_init_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
625 {
626 }
627
628 static inline void lru_gen_exit_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
629 {
630 }
631
632 static inline void lru_gen_online_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
633 {
634 }
635
636 static inline void lru_gen_offline_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
637 {
638 }
639
640 static inline void lru_gen_release_memcg(struct mem_cgroup *memcg)
641 {
642 }
643
644 static inline void lru_gen_soft_reclaim(struct mem_cgroup *memcg, int nid)
645 {
646 }
647
648 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
649
650 struct lruvec {
651         struct list_head                lists[NR_LRU_LISTS];
652         /* per lruvec lru_lock for memcg */
653         spinlock_t                      lru_lock;
654         /*
655          * These track the cost of reclaiming one LRU - file or anon -
656          * over the other. As the observed cost of reclaiming one LRU
657          * increases, the reclaim scan balance tips toward the other.
658          */
659         unsigned long                   anon_cost;
660         unsigned long                   file_cost;
661         /* Non-resident age, driven by LRU movement */
662         atomic_long_t                   nonresident_age;
663         /* Refaults at the time of last reclaim cycle */
664         unsigned long                   refaults[ANON_AND_FILE];
665         /* Various lruvec state flags (enum lruvec_flags) */
666         unsigned long                   flags;
667 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
668         /* evictable pages divided into generations */
669         struct lru_gen_folio            lrugen;
670 #ifdef CONFIG_LRU_GEN_WALKS_MMU
671         /* to concurrently iterate lru_gen_mm_list */
672         struct lru_gen_mm_state         mm_state;
673 #endif
674 #endif /* CONFIG_LRU_GEN */
675 #ifdef CONFIG_MEMCG
676         struct pglist_data *pgdat;
677 #endif
678         struct zswap_lruvec_state zswap_lruvec_state;
679 };
680
681 /* Isolate for asynchronous migration */
682 #define ISOLATE_ASYNC_MIGRATE   ((__force isolate_mode_t)0x4)
683 /* Isolate unevictable pages */
684 #define ISOLATE_UNEVICTABLE     ((__force isolate_mode_t)0x8)
685
686 /* LRU Isolation modes. */
687 typedef unsigned __bitwise isolate_mode_t;
688
689 enum zone_watermarks {
690         WMARK_MIN,
691         WMARK_LOW,
692         WMARK_HIGH,
693         WMARK_PROMO,
694         NR_WMARK
695 };
696
697 /*
698  * One per migratetype for each PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER. Two additional lists
699  * are added for THP. One PCP list is used by GPF_MOVABLE, and the other PCP list
700  * is used by GFP_UNMOVABLE and GFP_RECLAIMABLE.
701  */
702 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
703 #define NR_PCP_THP 2
704 #else
705 #define NR_PCP_THP 0
706 #endif
707 #define NR_LOWORDER_PCP_LISTS (MIGRATE_PCPTYPES * (PAGE_ALLOC_COSTLY_ORDER + 1))
708 #define NR_PCP_LISTS (NR_LOWORDER_PCP_LISTS + NR_PCP_THP)
709
710 /*
711  * Flags used in pcp->flags field.
712  *
713  * PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER: a high-order page is freed in the
714  * previous page freeing.  To avoid to drain PCP for an accident
715  * high-order page freeing.
716  *
717  * PCPF_FREE_HIGH_BATCH: preserve "pcp->batch" pages in PCP before
718  * draining PCP for consecutive high-order pages freeing without
719  * allocation if data cache slice of CPU is large enough.  To reduce
720  * zone lock contention and keep cache-hot pages reusing.
721  */
722 #define PCPF_PREV_FREE_HIGH_ORDER       BIT(0)
723 #define PCPF_FREE_HIGH_BATCH            BIT(1)
724
725 struct per_cpu_pages {
726         spinlock_t lock;        /* Protects lists field */
727         int count;              /* number of pages in the list */
728         int high;               /* high watermark, emptying needed */
729         int high_min;           /* min high watermark */
730         int high_max;           /* max high watermark */
731         int batch;              /* chunk size for buddy add/remove */
732         u8 flags;               /* protected by pcp->lock */
733         u8 alloc_factor;        /* batch scaling factor during allocate */
734 #ifdef CONFIG_NUMA
735         u8 expire;              /* When 0, remote pagesets are drained */
736 #endif
737         short free_count;       /* consecutive free count */
738
739         /* Lists of pages, one per migrate type stored on the pcp-lists */
740         struct list_head lists[NR_PCP_LISTS];
741 } ____cacheline_aligned_in_smp;
742
743 struct per_cpu_zonestat {
744 #ifdef CONFIG_SMP
745         s8 vm_stat_diff[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
746         s8 stat_threshold;
747 #endif
748 #ifdef CONFIG_NUMA
749         /*
750          * Low priority inaccurate counters that are only folded
751          * on demand. Use a large type to avoid the overhead of
752          * folding during refresh_cpu_vm_stats.
753          */
754         unsigned long vm_numa_event[NR_VM_NUMA_EVENT_ITEMS];
755 #endif
756 };
757
758 struct per_cpu_nodestat {
759         s8 stat_threshold;
760         s8 vm_node_stat_diff[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
761 };
762
763 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS.H */
764
765 enum zone_type {
766         /*
767          * ZONE_DMA and ZONE_DMA32 are used when there are peripherals not able
768          * to DMA to all of the addressable memory (ZONE_NORMAL).
769          * On architectures where this area covers the whole 32 bit address
770          * space ZONE_DMA32 is used. ZONE_DMA is left for the ones with smaller
771          * DMA addressing constraints. This distinction is important as a 32bit
772          * DMA mask is assumed when ZONE_DMA32 is defined. Some 64-bit
773          * platforms may need both zones as they support peripherals with
774          * different DMA addressing limitations.
775          */
776 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
777         ZONE_DMA,
778 #endif
779 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA32
780         ZONE_DMA32,
781 #endif
782         /*
783          * Normal addressable memory is in ZONE_NORMAL. DMA operations can be
784          * performed on pages in ZONE_NORMAL if the DMA devices support
785          * transfers to all addressable memory.
786          */
787         ZONE_NORMAL,
788 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
789         /*
790          * A memory area that is only addressable by the kernel through
791          * mapping portions into its own address space. This is for example
792          * used by i386 to allow the kernel to address the memory beyond
793          * 900MB. The kernel will set up special mappings (page
794          * table entries on i386) for each page that the kernel needs to
795          * access.
796          */
797         ZONE_HIGHMEM,
798 #endif
799         /*
800          * ZONE_MOVABLE is similar to ZONE_NORMAL, except that it contains
801          * movable pages with few exceptional cases described below. Main use
802          * cases for ZONE_MOVABLE are to make memory offlining/unplug more
803          * likely to succeed, and to locally limit unmovable allocations - e.g.,
804          * to increase the number of THP/huge pages. Notable special cases are:
805          *
806          * 1. Pinned pages: (long-term) pinning of movable pages might
807          *    essentially turn such pages unmovable. Therefore, we do not allow
808          *    pinning long-term pages in ZONE_MOVABLE. When pages are pinned and
809          *    faulted, they come from the right zone right away. However, it is
810          *    still possible that address space already has pages in
811          *    ZONE_MOVABLE at the time when pages are pinned (i.e. user has
812          *    touches that memory before pinning). In such case we migrate them
813          *    to a different zone. When migration fails - pinning fails.
814          * 2. memblock allocations: kernelcore/movablecore setups might create
815          *    situations where ZONE_MOVABLE contains unmovable allocations
816          *    after boot. Memory offlining and allocations fail early.
817          * 3. Memory holes: kernelcore/movablecore setups might create very rare
818          *    situations where ZONE_MOVABLE contains memory holes after boot,
819          *    for example, if we have sections that are only partially
820          *    populated. Memory offlining and allocations fail early.
821          * 4. PG_hwpoison pages: while poisoned pages can be skipped during
822          *    memory offlining, such pages cannot be allocated.
823          * 5. Unmovable PG_offline pages: in paravirtualized environments,
824          *    hotplugged memory blocks might only partially be managed by the
825          *    buddy (e.g., via XEN-balloon, Hyper-V balloon, virtio-mem). The
826          *    parts not manged by the buddy are unmovable PG_offline pages. In
827          *    some cases (virtio-mem), such pages can be skipped during
828          *    memory offlining, however, cannot be moved/allocated. These
829          *    techniques might use alloc_contig_range() to hide previously
830          *    exposed pages from the buddy again (e.g., to implement some sort
831          *    of memory unplug in virtio-mem).
832          * 6. ZERO_PAGE(0), kernelcore/movablecore setups might create
833          *    situations where ZERO_PAGE(0) which is allocated differently
834          *    on different platforms may end up in a movable zone. ZERO_PAGE(0)
835          *    cannot be migrated.
836          * 7. Memory-hotplug: when using memmap_on_memory and onlining the
837          *    memory to the MOVABLE zone, the vmemmap pages are also placed in
838          *    such zone. Such pages cannot be really moved around as they are
839          *    self-stored in the range, but they are treated as movable when
840          *    the range they describe is about to be offlined.
841          *
842          * In general, no unmovable allocations that degrade memory offlining
843          * should end up in ZONE_MOVABLE. Allocators (like alloc_contig_range())
844          * have to expect that migrating pages in ZONE_MOVABLE can fail (even
845          * if has_unmovable_pages() states that there are no unmovable pages,
846          * there can be false negatives).
847          */
848         ZONE_MOVABLE,
849 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
850         ZONE_DEVICE,
851 #endif
852         __MAX_NR_ZONES
853
854 };
855
856 #ifndef __GENERATING_BOUNDS_H
857
858 #define ASYNC_AND_SYNC 2
859
860 struct zone {
861         /* Read-mostly fields */
862
863         /* zone watermarks, access with *_wmark_pages(zone) macros */
864         unsigned long _watermark[NR_WMARK];
865         unsigned long watermark_boost;
866
867         unsigned long nr_reserved_highatomic;
868         unsigned long nr_free_highatomic;
869
870         /*
871          * We don't know if the memory that we're going to allocate will be
872          * freeable or/and it will be released eventually, so to avoid totally
873          * wasting several GB of ram we must reserve some of the lower zone
874          * memory (otherwise we risk to run OOM on the lower zones despite
875          * there being tons of freeable ram on the higher zones).  This array is
876          * recalculated at runtime if the sysctl_lowmem_reserve_ratio sysctl
877          * changes.
878          */
879         long lowmem_reserve[MAX_NR_ZONES];
880
881 #ifdef CONFIG_NUMA
882         int node;
883 #endif
884         struct pglist_data      *zone_pgdat;
885         struct per_cpu_pages    __percpu *per_cpu_pageset;
886         struct per_cpu_zonestat __percpu *per_cpu_zonestats;
887         /*
888          * the high and batch values are copied to individual pagesets for
889          * faster access
890          */
891         int pageset_high_min;
892         int pageset_high_max;
893         int pageset_batch;
894
895 #ifndef CONFIG_SPARSEMEM
896         /*
897          * Flags for a pageblock_nr_pages block. See pageblock-flags.h.
898          * In SPARSEMEM, this map is stored in struct mem_section
899          */
900         unsigned long           *pageblock_flags;
901 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
902
903         /* zone_start_pfn == zone_start_paddr >> PAGE_SHIFT */
904         unsigned long           zone_start_pfn;
905
906         /*
907          * spanned_pages is the total pages spanned by the zone, including
908          * holes, which is calculated as:
909          *      spanned_pages = zone_end_pfn - zone_start_pfn;
910          *
911          * present_pages is physical pages existing within the zone, which
912          * is calculated as:
913          *      present_pages = spanned_pages - absent_pages(pages in holes);
914          *
915          * present_early_pages is present pages existing within the zone
916          * located on memory available since early boot, excluding hotplugged
917          * memory.
918          *
919          * managed_pages is present pages managed by the buddy system, which
920          * is calculated as (reserved_pages includes pages allocated by the
921          * bootmem allocator):
922          *      managed_pages = present_pages - reserved_pages;
923          *
924          * cma pages is present pages that are assigned for CMA use
925          * (MIGRATE_CMA).
926          *
927          * So present_pages may be used by memory hotplug or memory power
928          * management logic to figure out unmanaged pages by checking
929          * (present_pages - managed_pages). And managed_pages should be used
930          * by page allocator and vm scanner to calculate all kinds of watermarks
931          * and thresholds.
932          *
933          * Locking rules:
934          *
935          * zone_start_pfn and spanned_pages are protected by span_seqlock.
936          * It is a seqlock because it has to be read outside of zone->lock,
937          * and it is done in the main allocator path.  But, it is written
938          * quite infrequently.
939          *
940          * The span_seq lock is declared along with zone->lock because it is
941          * frequently read in proximity to zone->lock.  It's good to
942          * give them a chance of being in the same cacheline.
943          *
944          * Write access to present_pages at runtime should be protected by
945          * mem_hotplug_begin/done(). Any reader who can't tolerant drift of
946          * present_pages should use get_online_mems() to get a stable value.
947          */
948         atomic_long_t           managed_pages;
949         unsigned long           spanned_pages;
950         unsigned long           present_pages;
951 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG)
952         unsigned long           present_early_pages;
953 #endif
954 #ifdef CONFIG_CMA
955         unsigned long           cma_pages;
956 #endif
957
958         const char              *name;
959
960 #ifdef CONFIG_MEMORY_ISOLATION
961         /*
962          * Number of isolated pageblock. It is used to solve incorrect
963          * freepage counting problem due to racy retrieving migratetype
964          * of pageblock. Protected by zone->lock.
965          */
966         unsigned long           nr_isolate_pageblock;
967 #endif
968
969 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
970         /* see spanned/present_pages for more description */
971         seqlock_t               span_seqlock;
972 #endif
973
974         int initialized;
975
976         /* Write-intensive fields used from the page allocator */
977         CACHELINE_PADDING(_pad1_);
978
979         /* free areas of different sizes */
980         struct free_area        free_area[NR_PAGE_ORDERS];
981
982 #ifdef CONFIG_UNACCEPTED_MEMORY
983         /* Pages to be accepted. All pages on the list are MAX_PAGE_ORDER */
984         struct list_head        unaccepted_pages;
985
986         /* To be called once the last page in the zone is accepted */
987         struct work_struct      unaccepted_cleanup;
988 #endif
989
990         /* zone flags, see below */
991         unsigned long           flags;
992
993         /* Primarily protects free_area */
994         spinlock_t              lock;
995
996         /* Pages to be freed when next trylock succeeds */
997         struct llist_head       trylock_free_pages;
998
999         /* Write-intensive fields used by compaction and vmstats. */
1000         CACHELINE_PADDING(_pad2_);
1001
1002         /*
1003          * When free pages are below this point, additional steps are taken
1004          * when reading the number of free pages to avoid per-cpu counter
1005          * drift allowing watermarks to be breached
1006          */
1007         unsigned long percpu_drift_mark;
1008
1009 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
1010         /* pfn where compaction free scanner should start */
1011         unsigned long           compact_cached_free_pfn;
1012         /* pfn where compaction migration scanner should start */
1013         unsigned long           compact_cached_migrate_pfn[ASYNC_AND_SYNC];
1014         unsigned long           compact_init_migrate_pfn;
1015         unsigned long           compact_init_free_pfn;
1016 #endif
1017
1018 #ifdef CONFIG_COMPACTION
1019         /*
1020          * On compaction failure, 1<<compact_defer_shift compactions
1021          * are skipped before trying again. The number attempted since
1022          * last failure is tracked with compact_considered.
1023          * compact_order_failed is the minimum compaction failed order.
1024          */
1025         unsigned int            compact_considered;
1026         unsigned int            compact_defer_shift;
1027         int                     compact_order_failed;
1028 #endif
1029
1030 #if defined CONFIG_COMPACTION || defined CONFIG_CMA
1031         /* Set to true when the PG_migrate_skip bits should be cleared */
1032         bool                    compact_blockskip_flush;
1033 #endif
1034
1035         bool                    contiguous;
1036
1037         CACHELINE_PADDING(_pad3_);
1038         /* Zone statistics */
1039         atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_ZONE_STAT_ITEMS];
1040         atomic_long_t           vm_numa_event[NR_VM_NUMA_EVENT_ITEMS];
1041 } ____cacheline_internodealigned_in_smp;
1042
1043 enum pgdat_flags {
1044         PGDAT_DIRTY,                    /* reclaim scanning has recently found
1045                                          * many dirty file pages at the tail
1046                                          * of the LRU.
1047                                          */
1048         PGDAT_WRITEBACK,                /* reclaim scanning has recently found
1049                                          * many pages under writeback
1050                                          */
1051         PGDAT_RECLAIM_LOCKED,           /* prevents concurrent reclaim */
1052 };
1053
1054 enum zone_flags {
1055         ZONE_BOOSTED_WATERMARK,         /* zone recently boosted watermarks.
1056                                          * Cleared when kswapd is woken.
1057                                          */
1058         ZONE_RECLAIM_ACTIVE,            /* kswapd may be scanning the zone. */
1059         ZONE_BELOW_HIGH,                /* zone is below high watermark. */
1060 };
1061
1062 static inline unsigned long wmark_pages(const struct zone *z,
1063                                         enum zone_watermarks w)
1064 {
1065         return z->_watermark[w] + z->watermark_boost;
1066 }
1067
1068 static inline unsigned long min_wmark_pages(const struct zone *z)
1069 {
1070         return wmark_pages(z, WMARK_MIN);
1071 }
1072
1073 static inline unsigned long low_wmark_pages(const struct zone *z)
1074 {
1075         return wmark_pages(z, WMARK_LOW);
1076 }
1077
1078 static inline unsigned long high_wmark_pages(const struct zone *z)
1079 {
1080         return wmark_pages(z, WMARK_HIGH);
1081 }
1082
1083 static inline unsigned long promo_wmark_pages(const struct zone *z)
1084 {
1085         return wmark_pages(z, WMARK_PROMO);
1086 }
1087
1088 static inline unsigned long zone_managed_pages(struct zone *zone)
1089 {
1090         return (unsigned long)atomic_long_read(&zone->managed_pages);
1091 }
1092
1093 static inline unsigned long zone_cma_pages(struct zone *zone)
1094 {
1095 #ifdef CONFIG_CMA
1096         return zone->cma_pages;
1097 #else
1098         return 0;
1099 #endif
1100 }
1101
1102 static inline unsigned long zone_end_pfn(const struct zone *zone)
1103 {
1104         return zone->zone_start_pfn + zone->spanned_pages;
1105 }
1106
1107 static inline bool zone_spans_pfn(const struct zone *zone, unsigned long pfn)
1108 {
1109         return zone->zone_start_pfn <= pfn && pfn < zone_end_pfn(zone);
1110 }
1111
1112 static inline bool zone_is_initialized(struct zone *zone)
1113 {
1114         return zone->initialized;
1115 }
1116
1117 static inline bool zone_is_empty(struct zone *zone)
1118 {
1119         return zone->spanned_pages == 0;
1120 }
1121
1122 #ifndef BUILD_VDSO32_64
1123 /*
1124  * The zone field is never updated after free_area_init_core()
1125  * sets it, so none of the operations on it need to be atomic.
1126  */
1127
1128 /* Page flags: | [SECTION] | [NODE] | ZONE | [LAST_CPUPID] | ... | FLAGS | */
1129 #define SECTIONS_PGOFF          ((sizeof(unsigned long)*8) - SECTIONS_WIDTH)
1130 #define NODES_PGOFF             (SECTIONS_PGOFF - NODES_WIDTH)
1131 #define ZONES_PGOFF             (NODES_PGOFF - ZONES_WIDTH)
1132 #define LAST_CPUPID_PGOFF       (ZONES_PGOFF - LAST_CPUPID_WIDTH)
1133 #define KASAN_TAG_PGOFF         (LAST_CPUPID_PGOFF - KASAN_TAG_WIDTH)
1134 #define LRU_GEN_PGOFF           (KASAN_TAG_PGOFF - LRU_GEN_WIDTH)
1135 #define LRU_REFS_PGOFF          (LRU_GEN_PGOFF - LRU_REFS_WIDTH)
1136
1137 /*
1138  * Define the bit shifts to access each section.  For non-existent
1139  * sections we define the shift as 0; that plus a 0 mask ensures
1140  * the compiler will optimise away reference to them.
1141  */
1142 #define SECTIONS_PGSHIFT        (SECTIONS_PGOFF * (SECTIONS_WIDTH != 0))
1143 #define NODES_PGSHIFT           (NODES_PGOFF * (NODES_WIDTH != 0))
1144 #define ZONES_PGSHIFT           (ZONES_PGOFF * (ZONES_WIDTH != 0))
1145 #define LAST_CPUPID_PGSHIFT     (LAST_CPUPID_PGOFF * (LAST_CPUPID_WIDTH != 0))
1146 #define KASAN_TAG_PGSHIFT       (KASAN_TAG_PGOFF * (KASAN_TAG_WIDTH != 0))
1147
1148 /* NODE:ZONE or SECTION:ZONE is used to ID a zone for the buddy allocator */
1149 #ifdef NODE_NOT_IN_PAGE_FLAGS
1150 #define ZONEID_SHIFT            (SECTIONS_SHIFT + ZONES_SHIFT)
1151 #define ZONEID_PGOFF            ((SECTIONS_PGOFF < ZONES_PGOFF) ? \
1152                                                 SECTIONS_PGOFF : ZONES_PGOFF)
1153 #else
1154 #define ZONEID_SHIFT            (NODES_SHIFT + ZONES_SHIFT)
1155 #define ZONEID_PGOFF            ((NODES_PGOFF < ZONES_PGOFF) ? \
1156                                                 NODES_PGOFF : ZONES_PGOFF)
1157 #endif
1158
1159 #define ZONEID_PGSHIFT          (ZONEID_PGOFF * (ZONEID_SHIFT != 0))
1160
1161 #define ZONES_MASK              ((1UL << ZONES_WIDTH) - 1)
1162 #define NODES_MASK              ((1UL << NODES_WIDTH) - 1)
1163 #define SECTIONS_MASK           ((1UL << SECTIONS_WIDTH) - 1)
1164 #define LAST_CPUPID_MASK        ((1UL << LAST_CPUPID_SHIFT) - 1)
1165 #define KASAN_TAG_MASK          ((1UL << KASAN_TAG_WIDTH) - 1)
1166 #define ZONEID_MASK             ((1UL << ZONEID_SHIFT) - 1)
1167
1168 static inline enum zone_type page_zonenum(const struct page *page)
1169 {
1170         ASSERT_EXCLUSIVE_BITS(page->flags, ZONES_MASK << ZONES_PGSHIFT);
1171         return (page->flags >> ZONES_PGSHIFT) & ZONES_MASK;
1172 }
1173
1174 static inline enum zone_type folio_zonenum(const struct folio *folio)
1175 {
1176         return page_zonenum(&folio->page);
1177 }
1178
1179 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
1180 static inline bool is_zone_device_page(const struct page *page)
1181 {
1182         return page_zonenum(page) == ZONE_DEVICE;
1183 }
1184
1185 static inline struct dev_pagemap *page_pgmap(const struct page *page)
1186 {
1187         VM_WARN_ON_ONCE_PAGE(!is_zone_device_page(page), page);
1188         return page_folio(page)->pgmap;
1189 }
1190
1191 /*
1192  * Consecutive zone device pages should not be merged into the same sgl
1193  * or bvec segment with other types of pages or if they belong to different
1194  * pgmaps. Otherwise getting the pgmap of a given segment is not possible
1195  * without scanning the entire segment. This helper returns true either if
1196  * both pages are not zone device pages or both pages are zone device pages
1197  * with the same pgmap.
1198  */
1199 static inline bool zone_device_pages_have_same_pgmap(const struct page *a,
1200                                                      const struct page *b)
1201 {
1202         if (is_zone_device_page(a) != is_zone_device_page(b))
1203                 return false;
1204         if (!is_zone_device_page(a))
1205                 return true;
1206         return page_pgmap(a) == page_pgmap(b);
1207 }
1208
1209 extern void memmap_init_zone_device(struct zone *, unsigned long,
1210                                     unsigned long, struct dev_pagemap *);
1211 #else
1212 static inline bool is_zone_device_page(const struct page *page)
1213 {
1214         return false;
1215 }
1216 static inline bool zone_device_pages_have_same_pgmap(const struct page *a,
1217                                                      const struct page *b)
1218 {
1219         return true;
1220 }
1221 static inline struct dev_pagemap *page_pgmap(const struct page *page)
1222 {
1223         return NULL;
1224 }
1225 #endif
1226
1227 static inline bool folio_is_zone_device(const struct folio *folio)
1228 {
1229         return is_zone_device_page(&folio->page);
1230 }
1231
1232 static inline bool is_zone_movable_page(const struct page *page)
1233 {
1234         return page_zonenum(page) == ZONE_MOVABLE;
1235 }
1236
1237 static inline bool folio_is_zone_movable(const struct folio *folio)
1238 {
1239         return folio_zonenum(folio) == ZONE_MOVABLE;
1240 }
1241 #endif
1242
1243 /*
1244  * Return true if [start_pfn, start_pfn + nr_pages) range has a non-empty
1245  * intersection with the given zone
1246  */
1247 static inline bool zone_intersects(struct zone *zone,
1248                 unsigned long start_pfn, unsigned long nr_pages)
1249 {
1250         if (zone_is_empty(zone))
1251                 return false;
1252         if (start_pfn >= zone_end_pfn(zone) ||
1253             start_pfn + nr_pages <= zone->zone_start_pfn)
1254                 return false;
1255
1256         return true;
1257 }
1258
1259 /*
1260  * The "priority" of VM scanning is how much of the queues we will scan in one
1261  * go. A value of 12 for DEF_PRIORITY implies that we will scan 1/4096th of the
1262  * queues ("queue_length >> 12") during an aging round.
1263  */
1264 #define DEF_PRIORITY 12
1265
1266 /* Maximum number of zones on a zonelist */
1267 #define MAX_ZONES_PER_ZONELIST (MAX_NUMNODES * MAX_NR_ZONES)
1268
1269 enum {
1270         ZONELIST_FALLBACK,      /* zonelist with fallback */
1271 #ifdef CONFIG_NUMA
1272         /*
1273          * The NUMA zonelists are doubled because we need zonelists that
1274          * restrict the allocations to a single node for __GFP_THISNODE.
1275          */
1276         ZONELIST_NOFALLBACK,    /* zonelist without fallback (__GFP_THISNODE) */
1277 #endif
1278         MAX_ZONELISTS
1279 };
1280
1281 /*
1282  * This struct contains information about a zone in a zonelist. It is stored
1283  * here to avoid dereferences into large structures and lookups of tables
1284  */
1285 struct zoneref {
1286         struct zone *zone;      /* Pointer to actual zone */
1287         int zone_idx;           /* zone_idx(zoneref->zone) */
1288 };
1289
1290 /*
1291  * One allocation request operates on a zonelist. A zonelist
1292  * is a list of zones, the first one is the 'goal' of the
1293  * allocation, the other zones are fallback zones, in decreasing
1294  * priority.
1295  *
1296  * To speed the reading of the zonelist, the zonerefs contain the zone index
1297  * of the entry being read. Helper functions to access information given
1298  * a struct zoneref are
1299  *
1300  * zonelist_zone()      - Return the struct zone * for an entry in _zonerefs
1301  * zonelist_zone_idx()  - Return the index of the zone for an entry
1302  * zonelist_node_idx()  - Return the index of the node for an entry
1303  */
1304 struct zonelist {
1305         struct zoneref _zonerefs[MAX_ZONES_PER_ZONELIST + 1];
1306 };
1307
1308 /*
1309  * The array of struct pages for flatmem.
1310  * It must be declared for SPARSEMEM as well because there are configurations
1311  * that rely on that.
1312  */
1313 extern struct page *mem_map;
1314
1315 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1316 struct deferred_split {
1317         spinlock_t split_queue_lock;
1318         struct list_head split_queue;
1319         unsigned long split_queue_len;
1320 };
1321 #endif
1322
1323 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
1324 /*
1325  * Per NUMA node memory failure handling statistics.
1326  */
1327 struct memory_failure_stats {
1328         /*
1329          * Number of raw pages poisoned.
1330          * Cases not accounted: memory outside kernel control, offline page,
1331          * arch-specific memory_failure (SGX), hwpoison_filter() filtered
1332          * error events, and unpoison actions from hwpoison_unpoison.
1333          */
1334         unsigned long total;
1335         /*
1336          * Recovery results of poisoned raw pages handled by memory_failure,
1337          * in sync with mf_result.
1338          * total = ignored + failed + delayed + recovered.
1339          * total * PAGE_SIZE * #nodes = /proc/meminfo/HardwareCorrupted.
1340          */
1341         unsigned long ignored;
1342         unsigned long failed;
1343         unsigned long delayed;
1344         unsigned long recovered;
1345 };
1346 #endif
1347
1348 /*
1349  * On NUMA machines, each NUMA node would have a pg_data_t to describe
1350  * it's memory layout. On UMA machines there is a single pglist_data which
1351  * describes the whole memory.
1352  *
1353  * Memory statistics and page replacement data structures are maintained on a
1354  * per-zone basis.
1355  */
1356 typedef struct pglist_data {
1357         /*
1358          * node_zones contains just the zones for THIS node. Not all of the
1359          * zones may be populated, but it is the full list. It is referenced by
1360          * this node's node_zonelists as well as other node's node_zonelists.
1361          */
1362         struct zone node_zones[MAX_NR_ZONES];
1363
1364         /*
1365          * node_zonelists contains references to all zones in all nodes.
1366          * Generally the first zones will be references to this node's
1367          * node_zones.
1368          */
1369         struct zonelist node_zonelists[MAX_ZONELISTS];
1370
1371         int nr_zones; /* number of populated zones in this node */
1372 #ifdef CONFIG_FLATMEM   /* means !SPARSEMEM */
1373         struct page *node_mem_map;
1374 #ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
1375         struct page_ext *node_page_ext;
1376 #endif
1377 #endif
1378 #if defined(CONFIG_MEMORY_HOTPLUG) || defined(CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT)
1379         /*
1380          * Must be held any time you expect node_start_pfn,
1381          * node_present_pages, node_spanned_pages or nr_zones to stay constant.
1382          * Also synchronizes pgdat->first_deferred_pfn during deferred page
1383          * init.
1384          *
1385          * pgdat_resize_lock() and pgdat_resize_unlock() are provided to
1386          * manipulate node_size_lock without checking for CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
1387          * or CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT.
1388          *
1389          * Nests above zone->lock and zone->span_seqlock
1390          */
1391         spinlock_t node_size_lock;
1392 #endif
1393         unsigned long node_start_pfn;
1394         unsigned long node_present_pages; /* total number of physical pages */
1395         unsigned long node_spanned_pages; /* total size of physical page
1396                                              range, including holes */
1397         int node_id;
1398         wait_queue_head_t kswapd_wait;
1399         wait_queue_head_t pfmemalloc_wait;
1400
1401         /* workqueues for throttling reclaim for different reasons. */
1402         wait_queue_head_t reclaim_wait[NR_VMSCAN_THROTTLE];
1403
1404         atomic_t nr_writeback_throttled;/* nr of writeback-throttled tasks */
1405         unsigned long nr_reclaim_start; /* nr pages written while throttled
1406                                          * when throttling started. */
1407 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
1408         struct mutex kswapd_lock;
1409 #endif
1410         struct task_struct *kswapd;     /* Protected by kswapd_lock */
1411         int kswapd_order;
1412         enum zone_type kswapd_highest_zoneidx;
1413
1414         int kswapd_failures;            /* Number of 'reclaimed == 0' runs */
1415
1416 #ifdef CONFIG_COMPACTION
1417         int kcompactd_max_order;
1418         enum zone_type kcompactd_highest_zoneidx;
1419         wait_queue_head_t kcompactd_wait;
1420         struct task_struct *kcompactd;
1421         bool proactive_compact_trigger;
1422 #endif
1423         /*
1424          * This is a per-node reserve of pages that are not available
1425          * to userspace allocations.
1426          */
1427         unsigned long           totalreserve_pages;
1428
1429 #ifdef CONFIG_NUMA
1430         /*
1431          * node reclaim becomes active if more unmapped pages exist.
1432          */
1433         unsigned long           min_unmapped_pages;
1434         unsigned long           min_slab_pages;
1435 #endif /* CONFIG_NUMA */
1436
1437         /* Write-intensive fields used by page reclaim */
1438         CACHELINE_PADDING(_pad1_);
1439
1440 #ifdef CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT
1441         /*
1442          * If memory initialisation on large machines is deferred then this
1443          * is the first PFN that needs to be initialised.
1444          */
1445         unsigned long first_deferred_pfn;
1446 #endif /* CONFIG_DEFERRED_STRUCT_PAGE_INIT */
1447
1448 #ifdef CONFIG_TRANSPARENT_HUGEPAGE
1449         struct deferred_split deferred_split_queue;
1450 #endif
1451
1452 #ifdef CONFIG_NUMA_BALANCING
1453         /* start time in ms of current promote rate limit period */
1454         unsigned int nbp_rl_start;
1455         /* number of promote candidate pages at start time of current rate limit period */
1456         unsigned long nbp_rl_nr_cand;
1457         /* promote threshold in ms */
1458         unsigned int nbp_threshold;
1459         /* start time in ms of current promote threshold adjustment period */
1460         unsigned int nbp_th_start;
1461         /*
1462          * number of promote candidate pages at start time of current promote
1463          * threshold adjustment period
1464          */
1465         unsigned long nbp_th_nr_cand;
1466 #endif
1467         /* Fields commonly accessed by the page reclaim scanner */
1468
1469         /*
1470          * NOTE: THIS IS UNUSED IF MEMCG IS ENABLED.
1471          *
1472          * Use mem_cgroup_lruvec() to look up lruvecs.
1473          */
1474         struct lruvec           __lruvec;
1475
1476         unsigned long           flags;
1477
1478 #ifdef CONFIG_LRU_GEN
1479         /* kswap mm walk data */
1480         struct lru_gen_mm_walk mm_walk;
1481         /* lru_gen_folio list */
1482         struct lru_gen_memcg memcg_lru;
1483 #endif
1484
1485         CACHELINE_PADDING(_pad2_);
1486
1487         /* Per-node vmstats */
1488         struct per_cpu_nodestat __percpu *per_cpu_nodestats;
1489         atomic_long_t           vm_stat[NR_VM_NODE_STAT_ITEMS];
1490 #ifdef CONFIG_NUMA
1491         struct memory_tier __rcu *memtier;
1492 #endif
1493 #ifdef CONFIG_MEMORY_FAILURE
1494         struct memory_failure_stats mf_stats;
1495 #endif
1496 } pg_data_t;
1497
1498 #define node_present_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_present_pages)
1499 #define node_spanned_pages(nid) (NODE_DATA(nid)->node_spanned_pages)
1500
1501 #define node_start_pfn(nid)     (NODE_DATA(nid)->node_start_pfn)
1502 #define node_end_pfn(nid) pgdat_end_pfn(NODE_DATA(nid))
1503
1504 static inline unsigned long pgdat_end_pfn(pg_data_t *pgdat)
1505 {
1506         return pgdat->node_start_pfn + pgdat->node_spanned_pages;
1507 }
1508
1509 #include <linux/memory_hotplug.h>
1510
1511 void build_all_zonelists(pg_data_t *pgdat);
1512 void wakeup_kswapd(struct zone *zone, gfp_t gfp_mask, int order,
1513                    enum zone_type highest_zoneidx);
1514 bool __zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order, unsigned long mark,
1515                          int highest_zoneidx, unsigned int alloc_flags,
1516                          long free_pages);
1517 bool zone_watermark_ok(struct zone *z, unsigned int order,
1518                 unsigned long mark, int highest_zoneidx,
1519                 unsigned int alloc_flags);
1520 /*
1521  * Memory initialization context, use to differentiate memory added by
1522  * the platform statically or via memory hotplug interface.
1523  */
1524 enum meminit_context {
1525         MEMINIT_EARLY,
1526         MEMINIT_HOTPLUG,
1527 };
1528
1529 extern void init_currently_empty_zone(struct zone *zone, unsigned long start_pfn,
1530                                      unsigned long size);
1531
1532 extern void lruvec_init(struct lruvec *lruvec);
1533
1534 static inline struct pglist_data *lruvec_pgdat(struct lruvec *lruvec)
1535 {
1536 #ifdef CONFIG_MEMCG
1537         return lruvec->pgdat;
1538 #else
1539         return container_of(lruvec, struct pglist_data, __lruvec);
1540 #endif
1541 }
1542
1543 #ifdef CONFIG_HAVE_MEMORYLESS_NODES
1544 int local_memory_node(int node_id);
1545 #else
1546 static inline int local_memory_node(int node_id) { return node_id; };
1547 #endif
1548
1549 /*
1550  * zone_idx() returns 0 for the ZONE_DMA zone, 1 for the ZONE_NORMAL zone, etc.
1551  */
1552 #define zone_idx(zone)          ((zone) - (zone)->zone_pgdat->node_zones)
1553
1554 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
1555 static inline bool zone_is_zone_device(struct zone *zone)
1556 {
1557         return zone_idx(zone) == ZONE_DEVICE;
1558 }
1559 #else
1560 static inline bool zone_is_zone_device(struct zone *zone)
1561 {
1562         return false;
1563 }
1564 #endif
1565
1566 /*
1567  * Returns true if a zone has pages managed by the buddy allocator.
1568  * All the reclaim decisions have to use this function rather than
1569  * populated_zone(). If the whole zone is reserved then we can easily
1570  * end up with populated_zone() && !managed_zone().
1571  */
1572 static inline bool managed_zone(struct zone *zone)
1573 {
1574         return zone_managed_pages(zone);
1575 }
1576
1577 /* Returns true if a zone has memory */
1578 static inline bool populated_zone(struct zone *zone)
1579 {
1580         return zone->present_pages;
1581 }
1582
1583 #ifdef CONFIG_NUMA
1584 static inline int zone_to_nid(struct zone *zone)
1585 {
1586         return zone->node;
1587 }
1588
1589 static inline void zone_set_nid(struct zone *zone, int nid)
1590 {
1591         zone->node = nid;
1592 }
1593 #else
1594 static inline int zone_to_nid(struct zone *zone)
1595 {
1596         return 0;
1597 }
1598
1599 static inline void zone_set_nid(struct zone *zone, int nid) {}
1600 #endif
1601
1602 extern int movable_zone;
1603
1604 static inline int is_highmem_idx(enum zone_type idx)
1605 {
1606 #ifdef CONFIG_HIGHMEM
1607         return (idx == ZONE_HIGHMEM ||
1608                 (idx == ZONE_MOVABLE && movable_zone == ZONE_HIGHMEM));
1609 #else
1610         return 0;
1611 #endif
1612 }
1613
1614 /**
1615  * is_highmem - helper function to quickly check if a struct zone is a
1616  *              highmem zone or not.  This is an attempt to keep references
1617  *              to ZONE_{DMA/NORMAL/HIGHMEM/etc} in general code to a minimum.
1618  * @zone: pointer to struct zone variable
1619  * Return: 1 for a highmem zone, 0 otherwise
1620  */
1621 static inline int is_highmem(struct zone *zone)
1622 {
1623         return is_highmem_idx(zone_idx(zone));
1624 }
1625
1626 #ifdef CONFIG_ZONE_DMA
1627 bool has_managed_dma(void);
1628 #else
1629 static inline bool has_managed_dma(void)
1630 {
1631         return false;
1632 }
1633 #endif
1634
1635
1636 #ifndef CONFIG_NUMA
1637
1638 extern struct pglist_data contig_page_data;
1639 static inline struct pglist_data *NODE_DATA(int nid)
1640 {
1641         return &contig_page_data;
1642 }
1643
1644 #else /* CONFIG_NUMA */
1645
1646 #include <asm/mmzone.h>
1647
1648 #endif /* !CONFIG_NUMA */
1649
1650 extern struct pglist_data *first_online_pgdat(void);
1651 extern struct pglist_data *next_online_pgdat(struct pglist_data *pgdat);
1652 extern struct zone *next_zone(struct zone *zone);
1653
1654 /**
1655  * for_each_online_pgdat - helper macro to iterate over all online nodes
1656  * @pgdat: pointer to a pg_data_t variable
1657  */
1658 #define for_each_online_pgdat(pgdat)                    \
1659         for (pgdat = first_online_pgdat();              \
1660              pgdat;                                     \
1661              pgdat = next_online_pgdat(pgdat))
1662 /**
1663  * for_each_zone - helper macro to iterate over all memory zones
1664  * @zone: pointer to struct zone variable
1665  *
1666  * The user only needs to declare the zone variable, for_each_zone
1667  * fills it in.
1668  */
1669 #define for_each_zone(zone)                             \
1670         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
1671              zone;                                      \
1672              zone = next_zone(zone))
1673
1674 #define for_each_populated_zone(zone)                   \
1675         for (zone = (first_online_pgdat())->node_zones; \
1676              zone;                                      \
1677              zone = next_zone(zone))                    \
1678                 if (!populated_zone(zone))              \
1679                         ; /* do nothing */              \
1680                 else
1681
1682 static inline struct zone *zonelist_zone(struct zoneref *zoneref)
1683 {
1684         return zoneref->zone;
1685 }
1686
1687 static inline int zonelist_zone_idx(struct zoneref *zoneref)
1688 {
1689         return zoneref->zone_idx;
1690 }
1691
1692 static inline int zonelist_node_idx(struct zoneref *zoneref)
1693 {
1694         return zone_to_nid(zoneref->zone);
1695 }
1696
1697 struct zoneref *__next_zones_zonelist(struct zoneref *z,
1698                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1699                                         nodemask_t *nodes);
1700
1701 /**
1702  * next_zones_zonelist - Returns the next zone at or below highest_zoneidx within the allowed nodemask using a cursor within a zonelist as a starting point
1703  * @z: The cursor used as a starting point for the search
1704  * @highest_zoneidx: The zone index of the highest zone to return
1705  * @nodes: An optional nodemask to filter the zonelist with
1706  *
1707  * This function returns the next zone at or below a given zone index that is
1708  * within the allowed nodemask using a cursor as the starting point for the
1709  * search. The zoneref returned is a cursor that represents the current zone
1710  * being examined. It should be advanced by one before calling
1711  * next_zones_zonelist again.
1712  *
1713  * Return: the next zone at or below highest_zoneidx within the allowed
1714  * nodemask using a cursor within a zonelist as a starting point
1715  */
1716 static __always_inline struct zoneref *next_zones_zonelist(struct zoneref *z,
1717                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1718                                         nodemask_t *nodes)
1719 {
1720         if (likely(!nodes && zonelist_zone_idx(z) <= highest_zoneidx))
1721                 return z;
1722         return __next_zones_zonelist(z, highest_zoneidx, nodes);
1723 }
1724
1725 /**
1726  * first_zones_zonelist - Returns the first zone at or below highest_zoneidx within the allowed nodemask in a zonelist
1727  * @zonelist: The zonelist to search for a suitable zone
1728  * @highest_zoneidx: The zone index of the highest zone to return
1729  * @nodes: An optional nodemask to filter the zonelist with
1730  *
1731  * This function returns the first zone at or below a given zone index that is
1732  * within the allowed nodemask. The zoneref returned is a cursor that can be
1733  * used to iterate the zonelist with next_zones_zonelist by advancing it by
1734  * one before calling.
1735  *
1736  * When no eligible zone is found, zoneref->zone is NULL (zoneref itself is
1737  * never NULL). This may happen either genuinely, or due to concurrent nodemask
1738  * update due to cpuset modification.
1739  *
1740  * Return: Zoneref pointer for the first suitable zone found
1741  */
1742 static inline struct zoneref *first_zones_zonelist(struct zonelist *zonelist,
1743                                         enum zone_type highest_zoneidx,
1744                                         nodemask_t *nodes)
1745 {
1746         return next_zones_zonelist(zonelist->_zonerefs,
1747                                                         highest_zoneidx, nodes);
1748 }
1749
1750 /**
1751  * for_each_zone_zonelist_nodemask - helper macro to iterate over valid zones in a zonelist at or below a given zone index and within a nodemask
1752  * @zone: The current zone in the iterator
1753  * @z: The current pointer within zonelist->_zonerefs being iterated
1754  * @zlist: The zonelist being iterated
1755  * @highidx: The zone index of the highest zone to return
1756  * @nodemask: Nodemask allowed by the allocator
1757  *
1758  * This iterator iterates though all zones at or below a given zone index and
1759  * within a given nodemask
1760  */
1761 #define for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, nodemask) \
1762         for (z = first_zones_zonelist(zlist, highidx, nodemask), zone = zonelist_zone(z);       \
1763                 zone;                                                   \
1764                 z = next_zones_zonelist(++z, highidx, nodemask),        \
1765                         zone = zonelist_zone(z))
1766
1767 #define for_next_zone_zonelist_nodemask(zone, z, highidx, nodemask) \
1768         for (zone = zonelist_zone(z);   \
1769                 zone;                                                   \
1770                 z = next_zones_zonelist(++z, highidx, nodemask),        \
1771                         zone = zonelist_zone(z))
1772
1773
1774 /**
1775  * for_each_zone_zonelist - helper macro to iterate over valid zones in a zonelist at or below a given zone index
1776  * @zone: The current zone in the iterator
1777  * @z: The current pointer within zonelist->zones being iterated
1778  * @zlist: The zonelist being iterated
1779  * @highidx: The zone index of the highest zone to return
1780  *
1781  * This iterator iterates though all zones at or below a given zone index.
1782  */
1783 #define for_each_zone_zonelist(zone, z, zlist, highidx) \
1784         for_each_zone_zonelist_nodemask(zone, z, zlist, highidx, NULL)
1785
1786 /* Whether the 'nodes' are all movable nodes */
1787 static inline bool movable_only_nodes(nodemask_t *nodes)
1788 {
1789         struct zonelist *zonelist;
1790         struct zoneref *z;
1791         int nid;
1792
1793         if (nodes_empty(*nodes))
1794                 return false;
1795
1796         /*
1797          * We can chose arbitrary node from the nodemask to get a
1798          * zonelist as they are interlinked. We just need to find
1799          * at least one zone that can satisfy kernel allocations.
1800          */
1801         nid = first_node(*nodes);
1802         zonelist = &NODE_DATA(nid)->node_zonelists[ZONELIST_FALLBACK];
1803         z = first_zones_zonelist(zonelist, ZONE_NORMAL, nodes);
1804         return (!zonelist_zone(z)) ? true : false;
1805 }
1806
1807
1808 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
1809 #include <asm/sparsemem.h>
1810 #endif
1811
1812 #ifdef CONFIG_FLATMEM
1813 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
1814 #endif
1815
1816 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM
1817
1818 /*
1819  * PA_SECTION_SHIFT             physical address to/from section number
1820  * PFN_SECTION_SHIFT            pfn to/from section number
1821  */
1822 #define PA_SECTION_SHIFT        (SECTION_SIZE_BITS)
1823 #define PFN_SECTION_SHIFT       (SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT)
1824
1825 #define NR_MEM_SECTIONS         (1UL << SECTIONS_SHIFT)
1826
1827 #define PAGES_PER_SECTION       (1UL << PFN_SECTION_SHIFT)
1828 #define PAGE_SECTION_MASK       (~(PAGES_PER_SECTION-1))
1829
1830 #define SECTION_BLOCKFLAGS_BITS \
1831         ((1UL << (PFN_SECTION_SHIFT - pageblock_order)) * NR_PAGEBLOCK_BITS)
1832
1833 #if (MAX_PAGE_ORDER + PAGE_SHIFT) > SECTION_SIZE_BITS
1834 #error Allocator MAX_PAGE_ORDER exceeds SECTION_SIZE
1835 #endif
1836
1837 static inline unsigned long pfn_to_section_nr(unsigned long pfn)
1838 {
1839         return pfn >> PFN_SECTION_SHIFT;
1840 }
1841 static inline unsigned long section_nr_to_pfn(unsigned long sec)
1842 {
1843         return sec << PFN_SECTION_SHIFT;
1844 }
1845
1846 #define SECTION_ALIGN_UP(pfn)   (((pfn) + PAGES_PER_SECTION - 1) & PAGE_SECTION_MASK)
1847 #define SECTION_ALIGN_DOWN(pfn) ((pfn) & PAGE_SECTION_MASK)
1848
1849 #define SUBSECTION_SHIFT 21
1850 #define SUBSECTION_SIZE (1UL << SUBSECTION_SHIFT)
1851
1852 #define PFN_SUBSECTION_SHIFT (SUBSECTION_SHIFT - PAGE_SHIFT)
1853 #define PAGES_PER_SUBSECTION (1UL << PFN_SUBSECTION_SHIFT)
1854 #define PAGE_SUBSECTION_MASK (~(PAGES_PER_SUBSECTION-1))
1855
1856 #if SUBSECTION_SHIFT > SECTION_SIZE_BITS
1857 #error Subsection size exceeds section size
1858 #else
1859 #define SUBSECTIONS_PER_SECTION (1UL << (SECTION_SIZE_BITS - SUBSECTION_SHIFT))
1860 #endif
1861
1862 #define SUBSECTION_ALIGN_UP(pfn) ALIGN((pfn), PAGES_PER_SUBSECTION)
1863 #define SUBSECTION_ALIGN_DOWN(pfn) ((pfn) & PAGE_SUBSECTION_MASK)
1864
1865 struct mem_section_usage {
1866         struct rcu_head rcu;
1867 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
1868         DECLARE_BITMAP(subsection_map, SUBSECTIONS_PER_SECTION);
1869 #endif
1870         /* See declaration of similar field in struct zone */
1871         unsigned long pageblock_flags[0];
1872 };
1873
1874 void subsection_map_init(unsigned long pfn, unsigned long nr_pages);
1875
1876 struct page;
1877 struct page_ext;
1878 struct mem_section {
1879         /*
1880          * This is, logically, a pointer to an array of struct
1881          * pages.  However, it is stored with some other magic.
1882          * (see sparse.c::sparse_init_one_section())
1883          *
1884          * Additionally during early boot we encode node id of
1885          * the location of the section here to guide allocation.
1886          * (see sparse.c::memory_present())
1887          *
1888          * Making it a UL at least makes someone do a cast
1889          * before using it wrong.
1890          */
1891         unsigned long section_mem_map;
1892
1893         struct mem_section_usage *usage;
1894 #ifdef CONFIG_PAGE_EXTENSION
1895         /*
1896          * If SPARSEMEM, pgdat doesn't have page_ext pointer. We use
1897          * section. (see page_ext.h about this.)
1898          */
1899         struct page_ext *page_ext;
1900         unsigned long pad;
1901 #endif
1902         /*
1903          * WARNING: mem_section must be a power-of-2 in size for the
1904          * calculation and use of SECTION_ROOT_MASK to make sense.
1905          */
1906 };
1907
1908 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1909 #define SECTIONS_PER_ROOT       (PAGE_SIZE / sizeof (struct mem_section))
1910 #else
1911 #define SECTIONS_PER_ROOT       1
1912 #endif
1913
1914 #define SECTION_NR_TO_ROOT(sec) ((sec) / SECTIONS_PER_ROOT)
1915 #define NR_SECTION_ROOTS        DIV_ROUND_UP(NR_MEM_SECTIONS, SECTIONS_PER_ROOT)
1916 #define SECTION_ROOT_MASK       (SECTIONS_PER_ROOT - 1)
1917
1918 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1919 extern struct mem_section **mem_section;
1920 #else
1921 extern struct mem_section mem_section[NR_SECTION_ROOTS][SECTIONS_PER_ROOT];
1922 #endif
1923
1924 static inline unsigned long *section_to_usemap(struct mem_section *ms)
1925 {
1926         return ms->usage->pageblock_flags;
1927 }
1928
1929 static inline struct mem_section *__nr_to_section(unsigned long nr)
1930 {
1931         unsigned long root = SECTION_NR_TO_ROOT(nr);
1932
1933         if (unlikely(root >= NR_SECTION_ROOTS))
1934                 return NULL;
1935
1936 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_EXTREME
1937         if (!mem_section || !mem_section[root])
1938                 return NULL;
1939 #endif
1940         return &mem_section[root][nr & SECTION_ROOT_MASK];
1941 }
1942 extern size_t mem_section_usage_size(void);
1943
1944 /*
1945  * We use the lower bits of the mem_map pointer to store
1946  * a little bit of information.  The pointer is calculated
1947  * as mem_map - section_nr_to_pfn(pnum).  The result is
1948  * aligned to the minimum alignment of the two values:
1949  *   1. All mem_map arrays are page-aligned.
1950  *   2. section_nr_to_pfn() always clears PFN_SECTION_SHIFT
1951  *      lowest bits.  PFN_SECTION_SHIFT is arch-specific
1952  *      (equal SECTION_SIZE_BITS - PAGE_SHIFT), and the
1953  *      worst combination is powerpc with 256k pages,
1954  *      which results in PFN_SECTION_SHIFT equal 6.
1955  * To sum it up, at least 6 bits are available on all architectures.
1956  * However, we can exceed 6 bits on some other architectures except
1957  * powerpc (e.g. 15 bits are available on x86_64, 13 bits are available
1958  * with the worst case of 64K pages on arm64) if we make sure the
1959  * exceeded bit is not applicable to powerpc.
1960  */
1961 enum {
1962         SECTION_MARKED_PRESENT_BIT,
1963         SECTION_HAS_MEM_MAP_BIT,
1964         SECTION_IS_ONLINE_BIT,
1965         SECTION_IS_EARLY_BIT,
1966 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
1967         SECTION_TAINT_ZONE_DEVICE_BIT,
1968 #endif
1969 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP_PREINIT
1970         SECTION_IS_VMEMMAP_PREINIT_BIT,
1971 #endif
1972         SECTION_MAP_LAST_BIT,
1973 };
1974
1975 #define SECTION_MARKED_PRESENT          BIT(SECTION_MARKED_PRESENT_BIT)
1976 #define SECTION_HAS_MEM_MAP             BIT(SECTION_HAS_MEM_MAP_BIT)
1977 #define SECTION_IS_ONLINE               BIT(SECTION_IS_ONLINE_BIT)
1978 #define SECTION_IS_EARLY                BIT(SECTION_IS_EARLY_BIT)
1979 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
1980 #define SECTION_TAINT_ZONE_DEVICE       BIT(SECTION_TAINT_ZONE_DEVICE_BIT)
1981 #endif
1982 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP_PREINIT
1983 #define SECTION_IS_VMEMMAP_PREINIT      BIT(SECTION_IS_VMEMMAP_PREINIT_BIT)
1984 #endif
1985 #define SECTION_MAP_MASK                (~(BIT(SECTION_MAP_LAST_BIT) - 1))
1986 #define SECTION_NID_SHIFT               SECTION_MAP_LAST_BIT
1987
1988 static inline struct page *__section_mem_map_addr(struct mem_section *section)
1989 {
1990         unsigned long map = section->section_mem_map;
1991         map &= SECTION_MAP_MASK;
1992         return (struct page *)map;
1993 }
1994
1995 static inline int present_section(struct mem_section *section)
1996 {
1997         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_MARKED_PRESENT));
1998 }
1999
2000 static inline int present_section_nr(unsigned long nr)
2001 {
2002         return present_section(__nr_to_section(nr));
2003 }
2004
2005 static inline int valid_section(struct mem_section *section)
2006 {
2007         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_HAS_MEM_MAP));
2008 }
2009
2010 static inline int early_section(struct mem_section *section)
2011 {
2012         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_IS_EARLY));
2013 }
2014
2015 static inline int valid_section_nr(unsigned long nr)
2016 {
2017         return valid_section(__nr_to_section(nr));
2018 }
2019
2020 static inline int online_section(struct mem_section *section)
2021 {
2022         return (section && (section->section_mem_map & SECTION_IS_ONLINE));
2023 }
2024
2025 #ifdef CONFIG_ZONE_DEVICE
2026 static inline int online_device_section(struct mem_section *section)
2027 {
2028         unsigned long flags = SECTION_IS_ONLINE | SECTION_TAINT_ZONE_DEVICE;
2029
2030         return section && ((section->section_mem_map & flags) == flags);
2031 }
2032 #else
2033 static inline int online_device_section(struct mem_section *section)
2034 {
2035         return 0;
2036 }
2037 #endif
2038
2039 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP_PREINIT
2040 static inline int preinited_vmemmap_section(struct mem_section *section)
2041 {
2042         return (section &&
2043                 (section->section_mem_map & SECTION_IS_VMEMMAP_PREINIT));
2044 }
2045
2046 void sparse_vmemmap_init_nid_early(int nid);
2047 void sparse_vmemmap_init_nid_late(int nid);
2048
2049 #else
2050 static inline int preinited_vmemmap_section(struct mem_section *section)
2051 {
2052         return 0;
2053 }
2054 static inline void sparse_vmemmap_init_nid_early(int nid)
2055 {
2056 }
2057
2058 static inline void sparse_vmemmap_init_nid_late(int nid)
2059 {
2060 }
2061 #endif
2062
2063 static inline int online_section_nr(unsigned long nr)
2064 {
2065         return online_section(__nr_to_section(nr));
2066 }
2067
2068 #ifdef CONFIG_MEMORY_HOTPLUG
2069 void online_mem_sections(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);
2070 void offline_mem_sections(unsigned long start_pfn, unsigned long end_pfn);
2071 #endif
2072
2073 static inline struct mem_section *__pfn_to_section(unsigned long pfn)
2074 {
2075         return __nr_to_section(pfn_to_section_nr(pfn));
2076 }
2077
2078 extern unsigned long __highest_present_section_nr;
2079
2080 static inline int subsection_map_index(unsigned long pfn)
2081 {
2082         return (pfn & ~(PAGE_SECTION_MASK)) / PAGES_PER_SUBSECTION;
2083 }
2084
2085 #ifdef CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP
2086 static inline int pfn_section_valid(struct mem_section *ms, unsigned long pfn)
2087 {
2088         int idx = subsection_map_index(pfn);
2089         struct mem_section_usage *usage = READ_ONCE(ms->usage);
2090
2091         return usage ? test_bit(idx, usage->subsection_map) : 0;
2092 }
2093
2094 static inline bool pfn_section_first_valid(struct mem_section *ms, unsigned long *pfn)
2095 {
2096         struct mem_section_usage *usage = READ_ONCE(ms->usage);
2097         int idx = subsection_map_index(*pfn);
2098         unsigned long bit;
2099
2100         if (!usage)
2101                 return false;
2102
2103         if (test_bit(idx, usage->subsection_map))
2104                 return true;
2105
2106         /* Find the next subsection that exists */
2107         bit = find_next_bit(usage->subsection_map, SUBSECTIONS_PER_SECTION, idx);
2108         if (bit == SUBSECTIONS_PER_SECTION)
2109                 return false;
2110
2111         *pfn = (*pfn & PAGE_SECTION_MASK) + (bit * PAGES_PER_SUBSECTION);
2112         return true;
2113 }
2114 #else
2115 static inline int pfn_section_valid(struct mem_section *ms, unsigned long pfn)
2116 {
2117         return 1;
2118 }
2119
2120 static inline bool pfn_section_first_valid(struct mem_section *ms, unsigned long *pfn)
2121 {
2122         return true;
2123 }
2124 #endif
2125
2126 void sparse_init_early_section(int nid, struct page *map, unsigned long pnum,
2127                                unsigned long flags);
2128
2129 #ifndef CONFIG_HAVE_ARCH_PFN_VALID
2130 /**
2131  * pfn_valid - check if there is a valid memory map entry for a PFN
2132  * @pfn: the page frame number to check
2133  *
2134  * Check if there is a valid memory map entry aka struct page for the @pfn.
2135  * Note, that availability of the memory map entry does not imply that
2136  * there is actual usable memory at that @pfn. The struct page may
2137  * represent a hole or an unusable page frame.
2138  *
2139  * Return: 1 for PFNs that have memory map entries and 0 otherwise
2140  */
2141 static inline int pfn_valid(unsigned long pfn)
2142 {
2143         struct mem_section *ms;
2144         int ret;
2145
2146         /*
2147          * Ensure the upper PAGE_SHIFT bits are clear in the
2148          * pfn. Else it might lead to false positives when
2149          * some of the upper bits are set, but the lower bits
2150          * match a valid pfn.
2151          */
2152         if (PHYS_PFN(PFN_PHYS(pfn)) != pfn)
2153                 return 0;
2154
2155         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
2156                 return 0;
2157         ms = __pfn_to_section(pfn);
2158         rcu_read_lock_sched();
2159         if (!valid_section(ms)) {
2160                 rcu_read_unlock_sched();
2161                 return 0;
2162         }
2163         /*
2164          * Traditionally early sections always returned pfn_valid() for
2165          * the entire section-sized span.
2166          */
2167         ret = early_section(ms) || pfn_section_valid(ms, pfn);
2168         rcu_read_unlock_sched();
2169
2170         return ret;
2171 }
2172
2173 /* Returns end_pfn or higher if no valid PFN remaining in range */
2174 static inline unsigned long first_valid_pfn(unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
2175 {
2176         unsigned long nr = pfn_to_section_nr(pfn);
2177
2178         rcu_read_lock_sched();
2179
2180         while (nr <= __highest_present_section_nr && pfn < end_pfn) {
2181                 struct mem_section *ms = __pfn_to_section(pfn);
2182
2183                 if (valid_section(ms) &&
2184                     (early_section(ms) || pfn_section_first_valid(ms, &pfn))) {
2185                         rcu_read_unlock_sched();
2186                         return pfn;
2187                 }
2188
2189                 /* Nothing left in this section? Skip to next section */
2190                 nr++;
2191                 pfn = section_nr_to_pfn(nr);
2192         }
2193
2194         rcu_read_unlock_sched();
2195         return end_pfn;
2196 }
2197
2198 static inline unsigned long next_valid_pfn(unsigned long pfn, unsigned long end_pfn)
2199 {
2200         pfn++;
2201
2202         if (pfn >= end_pfn)
2203                 return end_pfn;
2204
2205         /*
2206          * Either every PFN within the section (or subsection for VMEMMAP) is
2207          * valid, or none of them are. So there's no point repeating the check
2208          * for every PFN; only call first_valid_pfn() again when crossing a
2209          * (sub)section boundary (i.e. !(pfn & ~PAGE_{SUB,}SECTION_MASK)).
2210          */
2211         if (pfn & ~(IS_ENABLED(CONFIG_SPARSEMEM_VMEMMAP) ?
2212                    PAGE_SUBSECTION_MASK : PAGE_SECTION_MASK))
2213                 return pfn;
2214
2215         return first_valid_pfn(pfn, end_pfn);
2216 }
2217
2218
2219 #define for_each_valid_pfn(_pfn, _start_pfn, _end_pfn)                  \
2220         for ((_pfn) = first_valid_pfn((_start_pfn), (_end_pfn));        \
2221              (_pfn) < (_end_pfn);                                       \
2222              (_pfn) = next_valid_pfn((_pfn), (_end_pfn)))
2223
2224 #endif
2225
2226 static inline int pfn_in_present_section(unsigned long pfn)
2227 {
2228         if (pfn_to_section_nr(pfn) >= NR_MEM_SECTIONS)
2229                 return 0;
2230         return present_section(__pfn_to_section(pfn));
2231 }
2232
2233 static inline unsigned long next_present_section_nr(unsigned long section_nr)
2234 {
2235         while (++section_nr <= __highest_present_section_nr) {
2236                 if (present_section_nr(section_nr))
2237                         return section_nr;
2238         }
2239
2240         return -1;
2241 }
2242
2243 #define for_each_present_section_nr(start, section_nr)          \
2244         for (section_nr = next_present_section_nr(start - 1);   \
2245              section_nr != -1;                                  \
2246              section_nr = next_present_section_nr(section_nr))
2247
2248 /*
2249  * These are _only_ used during initialisation, therefore they
2250  * can use __initdata ...  They could have names to indicate
2251  * this restriction.
2252  */
2253 #ifdef CONFIG_NUMA
2254 #define pfn_to_nid(pfn)                                                 \
2255 ({                                                                      \
2256         unsigned long __pfn_to_nid_pfn = (pfn);                         \
2257         page_to_nid(pfn_to_page(__pfn_to_nid_pfn));                     \
2258 })
2259 #else
2260 #define pfn_to_nid(pfn)         (0)
2261 #endif
2262
2263 void sparse_init(void);
2264 #else
2265 #define sparse_init()   do {} while (0)
2266 #define sparse_index_init(_sec, _nid)  do {} while (0)
2267 #define sparse_vmemmap_init_nid_early(_nid, _use) do {} while (0)
2268 #define sparse_vmemmap_init_nid_late(_nid) do {} while (0)
2269 #define pfn_in_present_section pfn_valid
2270 #define subsection_map_init(_pfn, _nr_pages) do {} while (0)
2271 #endif /* CONFIG_SPARSEMEM */
2272
2273 /*
2274  * Fallback case for when the architecture provides its own pfn_valid() but
2275  * not a corresponding for_each_valid_pfn().
2276  */
2277 #ifndef for_each_valid_pfn
2278 #define for_each_valid_pfn(_pfn, _start_pfn, _end_pfn)                  \
2279         for ((_pfn) = (_start_pfn); (_pfn) < (_end_pfn); (_pfn)++)      \
2280                 if (pfn_valid(_pfn))
2281 #endif
2282
2283 #endif /* !__GENERATING_BOUNDS.H */
2284 #endif /* !__ASSEMBLY__ */
2285 #endif /* _LINUX_MMZONE_H */